3D動畫技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械定性中的應(yīng)用

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了3D動畫技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械定性中的應(yīng)用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:隨著信息化技術(shù)的不斷進步，3d動畫技術(shù)取得了長足發(fā)展。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計分析領(lǐng)域，3D動畫具有先天優(yōu)勢，可以更加直觀地呈現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計結(jié)構(gòu)，便于進行定性分析。介紹了3D動畫的應(yīng)用原理、優(yōu)勢和特點，分析了3D動畫在農(nóng)業(yè)機械定性分析中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:3D動畫呈現(xiàn);農(nóng)業(yè)機械;定性分析

0引言

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的不斷增長，我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造行業(yè)不斷取得突破，但是在新型農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計過程中，傳統(tǒng)的分析方法已經(jīng)不能滿足定性分析的需要。因此，近年來3D動畫呈現(xiàn)技術(shù)被引入到農(nóng)業(yè)機械定性分析工作，并取得了不錯的效果。隨著3D動畫軟件的不斷更新，越來越多的3D動畫軟件在不同的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，分析中使用的3D動畫軟件種類愈發(fā)豐富，功能也更為強大，在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中發(fā)揮的作用也日益重要。

13D動畫軟件介紹

1.1概念

3D動畫軟件是利用3D技術(shù)建模，同時可以對3D模型進行運動模擬的軟件。通過3D軟件的工作不僅可以將平面設(shè)計的物體三維立體化，還可以創(chuàng)造出一個立體的三維空間讓之前構(gòu)建的3D模型在這一虛擬空間中進行運動模擬，并對這一過程進行分析，最終通過3D動畫進行整體呈現(xiàn)。動畫呈現(xiàn)模式更加直觀，且動畫可以對周邊環(huán)境的動態(tài)進行仿真模擬，因此，近年來3D動畫軟件在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中被廣泛應(yīng)用。主要介紹了PFC3D軟件的應(yīng)用，其在應(yīng)用過程中可以配合SoildWorks等基于CAD的3D設(shè)計軟件，共同完成農(nóng)業(yè)機械的定性分析工作。

1.2應(yīng)用原理

3D動畫軟件在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中的主要作用是利用3D動畫技術(shù)，通過動態(tài)仿真模擬來對農(nóng)業(yè)機械的實際使用過程加以分析，使農(nóng)業(yè)機械的定性分析更加貼合實際。以PFC3D軟件的工作為例，其工作原理是利用散粒體建模模擬土壤的狀態(tài)，通過對土壤模型內(nèi)部不同顆粒間的相對運動模擬得出農(nóng)業(yè)機械在使用過程中土壤的結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化，也可以通過這一動畫模擬過程得出土壤的力學(xué)變動曲線，讓農(nóng)業(yè)機械的定性分析更加準(zhǔn)確，也可以對較為復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機械工作過程進行分析，擴大了農(nóng)業(yè)機械定性分析的應(yīng)用范圍［1］。PFC3D軟件主要是通過對周邊環(huán)境的建模及運動過程的模擬實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械工作狀態(tài)的分析，在農(nóng)業(yè)機械建模方面的能力有所欠缺，因此可以配合3D和CAD軟件如SoildWorks進行農(nóng)業(yè)機械建模，之后根據(jù)建成的農(nóng)業(yè)機械三維模型設(shè)計3D動畫中的農(nóng)業(yè)機械模型，使動畫過程可以準(zhǔn)確模擬農(nóng)業(yè)機械的實際工作過程，利用兩類3D軟件共同完成定性分析工作。

1.3優(yōu)勢及特點

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械定性分析，往往是采用實際操作農(nóng)業(yè)機械的方法進行定性分析，不僅會浪費人力物力，實際操作環(huán)境也較為單一，不能實現(xiàn)對于不同土壤環(huán)境下農(nóng)業(yè)機械的定性分析，分析結(jié)果具有片面性。而使用了3D動畫軟件進行農(nóng)業(yè)機械的定性分析不僅可以省去實際操作的步驟，還可以利用軟件對于多種土壤條件進行分別建模，讓定性分析工作更加全面。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械定性分析，在農(nóng)業(yè)機械實際運行過后，不能直接得到具體的土壤變化數(shù)據(jù)，如在進行播種及犁地過程模擬分析時，分析人員只能通過土層狀態(tài)的變化，利用經(jīng)驗對這一過程進行還原分析，結(jié)果不夠精準(zhǔn)。使用3D動畫軟件利用3D動畫呈現(xiàn)進行農(nóng)業(yè)機械定性分析時，可以利用軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)直接獲取土壤的力學(xué)狀態(tài)變化，并對變化數(shù)據(jù)進行記錄與分析，最終得到農(nóng)業(yè)機械工作過程的土壤力學(xué)參數(shù)變化曲線，讓分析數(shù)據(jù)更加客觀，也便于分析人員進行接下來的定性分析工作［2］。通過3D動畫呈現(xiàn)的方式進行農(nóng)業(yè)機械定性分析還有一個巨大的優(yōu)勢就是在模擬過程中便可以對農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，可以為后期的農(nóng)業(yè)機械改良工作提供參考。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中，只能對已有的農(nóng)業(yè)機械進行分析，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計人員進行改良后需要等待機械升級完成才能進行再次的測試，不僅延長了定性分析的時間，反復(fù)地機械改進也會增加生產(chǎn)廠家的成本。但是利用3D動畫軟件進行農(nóng)業(yè)機械的定性分析，在得到分析結(jié)果后設(shè)計人員做出的改動可以直接通過三維建模加以實現(xiàn)，有效縮短了農(nóng)業(yè)機械的定性分析時間，另外在定性分析時也可以對農(nóng)業(yè)機械模型進行微調(diào)，為農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計提供參考依據(jù)，便于設(shè)計人員更好地完成農(nóng)業(yè)機械設(shè)計工作。

23D動畫軟件的應(yīng)用

2.1模型構(gòu)建

利用3D動畫呈現(xiàn)進行農(nóng)業(yè)機械定性分析時，3D建模過程主要分為兩個階段。首先是對農(nóng)業(yè)機械的建模，目前在農(nóng)業(yè)機械定性分析工作中常用的3D動畫軟件例如PFC3D，并非基于CAD技術(shù)開發(fā)，因此僅僅通過單一的軟件難以進行農(nóng)業(yè)機械的準(zhǔn)確建模。目前在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計工作中，基于CAD的3D軟件被廣泛應(yīng)用，此類軟件可以輕易實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的建模。而后農(nóng)業(yè)機械定性分析人員需要將在SoildWorks等軟件中構(gòu)建好的3D模型導(dǎo)入到3D動畫軟件之中，這一過程可以根據(jù)農(nóng)業(yè)機械的實際使用狀態(tài)對模型進行簡化，但要確保其可以準(zhǔn)確反映農(nóng)業(yè)機械工作中的實際狀態(tài)。在對農(nóng)業(yè)機械三維模型進行簡化轉(zhuǎn)換時，需要總結(jié)其力學(xué)特性變化規(guī)律，在對簡化模型進行微調(diào)時系統(tǒng)軟件可以及時確定微調(diào)后的農(nóng)業(yè)機械力學(xué)特性，確保定性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在農(nóng)業(yè)機械建模完成之后，3D動畫軟件還需要對土壤環(huán)境進行建模。以PFC軟件為例，在進行土壤建模時主要是利用微小的土壤顆粒實現(xiàn)對于土壤狀態(tài)的模擬，在這一過程中不同土壤顆粒間的受力關(guān)系較為簡單，受力均符合牛頓第二定律，在受力發(fā)生改變時狀態(tài)也會相應(yīng)發(fā)生變化［3］。

2.2動態(tài)分析與測試

3D建模完成之后，便可以利用3D動畫軟件模擬農(nóng)業(yè)機械的工作狀態(tài)，并通過3D動畫形式加以呈現(xiàn)，完成農(nóng)業(yè)機械的定性分析工作。由于對土壤受力狀態(tài)的模擬技術(shù)還不完善，因此利用3D動畫軟件進行的農(nóng)業(yè)機械定性分析主要集中于犁面過程及壓實過程的受力分析，對于播種也有一定的指導(dǎo)作用。在進行農(nóng)業(yè)機械動態(tài)分析之前，需要對機械及土壤的力學(xué)參數(shù)進行設(shè)定，其中農(nóng)業(yè)機械的力學(xué)參數(shù)設(shè)定在CAD模型轉(zhuǎn)換時已經(jīng)完成，因此分析人員只需要對土壤的狀態(tài)參數(shù)進行設(shè)置［4］。最后只需要根據(jù)農(nóng)業(yè)機械的實際工作狀態(tài)設(shè)計其在3D動畫中的運動方式及運動軌跡，便可以對其進行定性分析。分析人員可以通過3D動畫直觀地觀察土壤狀態(tài)的改變，同時通過信息處理軟件可以得到土壤在這一過程中單位力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過軟件分析得到力學(xué)特性變化曲線。除了對農(nóng)業(yè)機械運行過程中的土壤受力狀態(tài)進行分析之外，使用3D動畫技術(shù)可以及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計過程中存在的問題并加以解決。運用傳統(tǒng)的3D建模技術(shù)雖然可以將設(shè)計圖上的設(shè)計立體化，但是對靜態(tài)模型的分析只能優(yōu)化設(shè)計尺寸等參數(shù)，不能真正結(jié)合農(nóng)業(yè)機械的工作實際進行設(shè)計的優(yōu)化。而使用SoildWorks等3D動畫軟件便可以實現(xiàn)對于農(nóng)業(yè)機械運行狀態(tài)的模擬，設(shè)計人員可以全面了解農(nóng)業(yè)機械運行過程中內(nèi)部各零件的工作狀態(tài)，便于發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計問題并加以調(diào)整。同時在3D動畫軟件中可以對農(nóng)業(yè)機械不同的運行環(huán)境進行模擬，3D動畫技術(shù)人員可以通過環(huán)境的設(shè)定，模擬不同地形及氣候條件。設(shè)計人員可以了解不同環(huán)境下農(nóng)業(yè)機械的運行狀態(tài)的變化趨勢，對于農(nóng)業(yè)機械的整體運行狀態(tài)進行定性分析［5］。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在農(nóng)業(yè)機械3D動畫模擬過程中也可以使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)庫中可以儲存不同的農(nóng)業(yè)機械模型及環(huán)境數(shù)據(jù)，在模擬中不僅可以節(jié)省大量的建模時間，還可以在進行農(nóng)業(yè)機械設(shè)計調(diào)整時直接調(diào)取相應(yīng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，節(jié)省調(diào)整時間并為設(shè)計人員提供更豐富的選擇，便于設(shè)計人員進行方案的優(yōu)化。

3結(jié)束語

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷升級，對于農(nóng)業(yè)機械的要求也是與日俱增，對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計提出了更高的要求，農(nóng)業(yè)機械定性分析工作也需要進行升級。近年來，PFC3D等3D動畫軟件被引入到農(nóng)業(yè)機械定性分析之中，通過3D動畫的呈現(xiàn)，分析工作更加直觀并節(jié)約了成本，可以對多種土壤條件進行模擬，并得到力學(xué)特性變化曲線，同時可以對整體運行狀況進行模擬分析，讓定性分析工作更加全面精確，更好地助力了農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

［1］趙春龍，楊傳華，周海波，等．PFC3D軟件在農(nóng)業(yè)機械定性分析上的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2015(8):66-67．

［2］石曉梅．CAD三維技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用［J］．湖南農(nóng)機，2014，41(1):50-51．

［3］冷堅．計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用［J］．北京農(nóng)業(yè)，2014(30):240．

［4］賈畢清，韓綠化．SolidWorks軟件在農(nóng)業(yè)機械機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)科技與裝備，2017(6):12-14．

［5］孫思文，高鳳嬌．面向農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)化的三維檢測系統(tǒng)研究［J］．黑龍江科學(xué)，2015，6(4):33，53．

作者：朱羚瑋 單位：西安歐亞學(xué)院